PROYECTO NEUMATICA

Universidad Autónoma de Ciudad Juárez Instituto de Ingeniería y Tecnología Departamento de Eléctrica y Computación

Proyecto Neumático

Olga Marina Carbajal Provencio 57982

Sistemas Electromecánicos Proyecto 11 de marzo de 2010

NEUMATICA: Refiere al estudio del movimiento del aire, tecnología que emplea el aire comprimido como método para transmitir la energía de necesaria para activar o hacer funcionar mecanismos. Los sistemas de aire comprimido proporcionan un movimiento controlado con el empleo de cilindros y motores neumáticos y se aplican en herramientas, válvulas de control y posicionadores, martillos neumáticos, pistola para pintar, motores neumáticos, sistemas de empaquetado, elevadores, herramientas de impacto, prensas neumáticas, robots industriales, vibradores, frenos neumáticos, etc. El uso de la neumática presenta las siguientes ventajas: Bajo costo de sus componentes. Facilidad de diseño e implementación. Fuerza escasa que puede desarrollar a las bajas presiones con que trabaja. Riesgo nulo de explosión. Conversión fácil al movimiento giratorio y lineal. Posibilidad de transmitir energía a grandes distancias. Construcción y mantenimiento fáciles. Entre las desventajas se cuentan las siguientes: Imposibilidad de obtener velocidades estables debido a la compresibilidad de aire. Altos costos de la energía neumática. Posibles fugas que reducen el rendimiento.

La neumática requiere de una estación para la generación y preparación de aire comprimido y está formada por un compresor de aire, un depósito, un sistema de preparación de aire (Filtro, lubricador y regulador de presión), una red de tuberías para llegar al utilizador y un conjunto de preparación de aire para cada dispositivo neumático individual. Los sistemas neumáticos se complementan con los eléctricos y electrónicos lo que les permite obtener un alto grado de sofisticación y flexibilidad. Utilizan válvulas solenoide, señales de retroalimentación de interruptores magnéticos, sensores e interruptores eléctricos de final de carrera. Los PLC (programable logic controller) les permite programar la lógica de funcionamiento de un cilindro o conjunto de cilindros para una tarea específica.

Simbología neumática

Actuadores neumáticos Convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico generando un movimiento lineal mediante servomotores de diafragma o cilindros, o movimientos giratorios con motores neumáticos. La aplicación principal de los servomotores de diafragma está en las válvulas de control neumáticas en las que el servomotor está accionando por la señal neumática de 0.2 -1 bar (3-15 psi) y actúa directamente sobre el vástago que posiciona el obturador con relación al asiento. La relación relativa entre el obturador y el asiento permite pasar el fluido desde un caudal nulo hasta el máximo. Los cilindros neumáticos de movimiento lineal son mayormente usados en aplicaciones donde la fuerza de empuje del pistón y su desplazamiento son elevados. Existen los cilindros de simple y doble efecto, el cilindro tándem, el de multiposición, el cilindro neumático guiado, el cilindro sin vástago y el cilindro neumático de impacto. Entre los actuadores neumáticos de movimiento giratorio se encuentran cilindro giratorio de pistón-cremallera-piñón y de dos pistones con dos cremalleras en los el movimiento lineal del pistón es transformado en un movimiento giratorio mediante un conjunto de piñón y cremallera y cilindro de aletas giratorias de doble efecto para ángulos entre 0 y 270 . Los músculos neumáticos son dispositivos que emulan el músculo humano. Consisten en una manguera de material especial que al ser alimentado con aire ejerce una gran fuerza con muy poco recorrido. El motor neumático típico es el de paletas donde un eje excéntrico dotado de paletas gira a gran velocidad por el aire que llena y vacía las cámaras formadas entre las paletas y el cuerpo del motor. Cilindro neumático de movimiento lineal Consiste en un cilindro cerrado con un pistón en su interior que desliza y transmite su movimiento al exterior mediante un vástago .Se compone de tapas trasera y delantera, de la camisa donde se mueve el pistón, de un pistón, de las juntas estáticas y dinámicas del pistón y del anillo rascador que limpia el vástago de suciedad. En el cilindro neumático de doble efecto, el aire a presión entra por el orificio de la cámara trasera delantera que se escapa al exterior a través del correspondiente orificio. En la carrera inversa del vástago se invierte el proceso, penetrando ahora el aire por la cámara delantera y siendo evacuado al exterior por el orificio de la cámara trasera.

El cilindro neumático de simple efecto funciona en forma similar excepto la carrera inversa que se efectúa gracias a la acción del muelle. En el cilindro neumático guiado, dos o más vástagos rígidos guiados proporcionan una antirotación al mecanismo acoplado al cilindro, evitando las fuerzas radiales y de torsión que la carga ejercería en un cilindro normal. El cilindro neumático de impacto mueve el vástago a gran velocidad (10 m/s) y se utiliza en las prensas para trabajos de embutición, remachado, etc. El cilindro neumático de rotación proporciona un movimiento de rotación gracias a una cremallera unida al vástago o a un elemento rotativo de paletas.

Cálculo de los cilindros neumáticos

Las principales variables a considerar en la selección de los cilindros neumáticos son la fuerza, carga, consumo de aire y velocidad del pistón. La fuerza del cilindro es una función del diámetro del cilindro, de la presión del aire y del roce del émbolo, que depende de la velocidad del émbolo y que se toma en el momento de arranque. La fuerza que el aire ejerce sobre el pistón es: F = P*aire * Área pistón Donde la longitud es el metro (m), la fuerza viene dada en newton (N) y la presión en Pascal (Pa) que es la presión ejercida por una fuerza de 1 N (Newton) sobre una superficie de 1 m2. Siendo el Pascal una unidad muy pequeña se utiliza el bar equivalente a 100, 000 Pascal. Otras equivalencias: 1 Bar = 0.987 atmósfera = 1.02 kg/cm2 = 1, 020 cm c.d.a. = 750 mm. c.d. Hg Para el cálculo se utiliza la fuerza en Newton, la presión en bar, el diámetro en mm y la superficie en mm2. Entonces: F = P*aire * 100,000 * Area pistón (mm2) = Paire(bar)*Area de piston (mm2) 100,000

10

Para los cilindros de simple efecto, la fuerza es la diferencia entre la fuerza del aire y la del muelle.

F= Paire*Área de pistón (mm2) – fuelle = Paire * 10

– fmuelle 40

Donde: F= Fuerza (newton) D = Diámetro cilindro (mm). Paire = presión del aire (bar). Fmuelle = fuerza del muelle (newton). Los cilindros de doble efecto no cuentan con un resorte para volver a su posición de equilibrio, así su fuerza no disminuye en la carrera de avance, pero sí en su carrera de retroceso, debido a la disminución de área del émbolo por la existencia del vástago. Las expresiones matemáticas son las siguientes: Favance = Paire *

Fretroceso = Paire *

El rozamiento del pistón en su movimiento equivale a un valor comprendido entre el 3% y el 10% de la fuerza calculada.

Fuerza de carga del cilindro

Depende de las formas de montaje del cilindro que son básicamente 3: 1. Montaje fijo que absorbe la fuerza del cilindro en la línea central. Es el mejor sistema ya que las fuerzas sobre el vástago están equilibradas y los elementos de fijación (tornillos, …) sólo pueden estar sometido a una simple tensión o cizalladura. La fijación del cilindro puede ser del tipo espárragos u de brida. 2. El montaje absorbe la fuerza del cilindro en la línea central y permite el movimiento en un plano. Se emplean cuando la máquina donde están montados se mueve siguiendo una línea curva. 3. El montaje no absorbe la fuerza del cilindro en la línea central y el plano de las superficies de montaje no coincide con dicha línea por lo que, al aplicar la fuerza, se produce un momento de giro que tiende a hacer girar el cilindro alrededor de los pernos de montaje. La selección del vástago del pistón depende del tipo de montaje del cilindro y de la conexión del extremo del vástago. Existe el riesgo de pandeo del vástago. La longitud básica del vástago se calcula mediante la expresión: Longitud básica = Carrera actual * Factor de pandeo La carga sobre el cilindro se determina mediante:

Favance = Paire *

Consumo de aire

Es una función de la relación de compresión, del área del pistón y de la carrera, según la fórmula: Consumo de aire = Relación de compresión * área pistón * carrera * Ciclos/minuto La relación de la compresión referida al nivel del mar está dada por: 0.987 + Paire (bar) 0.987 El volumen de aire requerido para una carrera del pistón expresado en cm3 es:

El consumo de aire en condiciones normales de presión y temperatura en un cilindro de simple efecto es:

Donde: Q= Consumo total de aire en (dm3/min). D= Diámetro cilindro (mm). l = Carrera en (mm). n = Ciclos por minuto. Para los cilindros de doble efecto y despreciando el volumen del vástago se tiene:

Velocidad del pistón y amortiguamiento

Se obtiene dividiendo el caudal por la sección del pistón

El amortiguamiento del cilindro es necesario para reducir la velocidad del pistón al final de su carrera y evitar así el golpe del pistón contra el cilindro con la vibración resultante en la estructura y las tensiones mecánicas originadas. Lo ideal es que la velocidad del pistón al final de su carrera ser cero. La energía cinética del impacto debe ser menor que la permisible según la fórmula: J(Energía cinética) = ½ * masa móvil * (velocidad final de carrera)

2

J(Energía cinética)permisible

La presión de operación de un circuito neumático puede variar considerablemente debido a consumos puntuales de otros equipos del proceso, lo que influye en el amortiguamiento del cilindro. Para determinar con precisión la velocidad del pistón se usan dispositivos electrónicos que además permiten medir las secuencias del ciclo de trabajo del cilindro.

Cilindro de doble efecto tipo tándem

Compuesto por dos cilindros de doble efecto acoplados en serie. Aplicando simultáneamente presión sobre los dos émbolos se obtiene una fuerza que equivale al doble que de un cilindro del mismo diámetro. Se utilizan para fuerzas considerables, y existe un espacio insuficiente para colocar cilindros de diámetro superior.

Cilindros de doble efecto multiposición

Consiste en dos o más cilindros de doble efecto acoplados en serie. Dos cilindros con carreras diferentes permiten obtener cuatro posiciones diferentes del vástago.

Cilindro neumático guiado

Contiene dos o más pistones con sus vástagos, lo que origina una fuerza doble de la de los cilindros convencionales. Por medio de los amortiguadores, alcanza su

posición final con suavidad, lo que provoca bajo ruido en su funcionamiento. Entre las aplicaciones típicas se encuentran el manejo con carga lateral elevada y movimientos muy precisos tales como el manejo de cargas con reducción de velocidad y paro y agarre de objetos en las operaciones con máquinas-herramientas, cuando un cilindro estándar es demasiado débil para la aplicación.

Cilindro neumático sin vástago

Puede tener una carrera relativamente larga de unos 800 mm y mayor. El arrastre del carro portacargas exterior puede hacerse de forma mecánica o magnética. En el arrastre mecánico, el cuerpo del cilindro está provisto de una ranura longitudinal por donde desliza una brida recubierta por una junta de caucho que garantiza la estanqueidad del cilindro y que une el pistón con el carro portacargas. El final de la carrera del cilindro viene determinado por un vástago. En el arrastre magnético el cuerpo es de acero inoxidable magnético, y en su interior desliza el émbolo provisto de imanes permanentes. Su movimiento es seguido magnéticamente por una corredera externa provista también de imanes permanentes. La estanqueidad se logra con tapas roscadas provistas de tomas para la alimentación del aire. Entre las aplicaciones de los cilindros mecánicos sin vástago están la transferencia y alimentación de cargas, la apertura de puertas, etc.

Cilindro neumático de impacto

En éste cilindro el vástago se mueve a una velocidad elevada del orden de los 10 m/s y esta energía se emplea para realizar trabajos de marcado de bancadas de motor, de perfiles de madera, de componentes electromecánicos y trabajos en prensas de embutición, estampado, remachado, doblado, etc. Disponen de un cilindro neumático de doble efecto con dos cámaras, la posterior de mayor sección, aunque inicialmente el aire actúa solo en una pequeña área de diámetro gracias a una junta anular. Al accionar la válvula distribuidora, el aire en la cámara anterior escapa a la atmósfera mientras que la cámara posterior se va llenando de aire a presión. Cuando la fuerza ejercida por la presión de aire en la superficie supera la del aire en escape en la cámara anterior, se aplica presión a toda la superficie del émbolo en la cámara posterior, con esto se obtiene gran aceleración y velocidades de 7.5 a 10 m/s, cuando lo normal es 0.1 a1 m/s.

Cilindro neumático de fuelle

Incorpora un cilindro de doble efecto, un sistema de accionamiento de válvula de control direccional y dos tornillos de regulación de velocidad de avance y retroceso.

Sistemas de accionamiento

Para regular el arranque, parada y el sentido así como la presión o el caudal del aire de los cilindros neumáticos, existen varios sistemas de accionamiento de las válvulas: manual, mecánico, eléctrico, hidráulico o neumático. Los sistemas más utilizados son las válvulas distribuidoras, las válvulas antiretorno o de bloqueo, las válvulas reguladoras de presión y las reguladoras de flujo o de velocidad.

Válvulas distribuidoras

Dirigen el aire comprimido hacia varias vías en el arranque, la parada y el cambio del sentido del movimiento del pistón dentro del cilindro. Utiliza la siguiente nomenclatura: Válvula normal cerrada: No permite el paso del aire en posición de reposo. Si se acciona, permite el paso del aire comprimido. Válvula normal abierta: En reposo, el paso del aire está libre y al accionarla se cierra. Posición de partida: Movimiento de las partes móviles de una válvula al estar montada en un equipo y alimentarla a la presión de la red neumática. Para identificar y representar simbólicamente una válvula según la norma ISO, Se considera el tipo de válvula, el sentido de circulación del aire por su interior, los tipos de conexiones a las tuberías y los modos de mando y retorno. El tipo de válvula viene dado por dos cifras. La primera indica el número de orificios o vías de aire de que dispone y la segunda, número de posiciones de trabajo. Cada posición se indica por un cuadrado y el número de vías por el de líneas que de uno de ellos salen. Por consiguiente, una válvula 5/3 dispone de cinco orificios o vías y de tres posiciones de trabajo. El sentido de circulación del aire se indica mediante flechas que se insertan en el interior de cada cuadro. Las conexiones de los orificios vienen indicadas de forma diferente según se trate de una fuente de aire comprimido o una salida libre. Los modos de mando y retorno se representan a izquierda y derecha, respectivamente, y se simbolizan de diferente modo según el tipo. Así, una válvula 5/3 se representará de la forma siguiente: Se trata de una válvula con cinco orificios o vías, y tres posiciones de

trabajo. Tiene mando manual y retorno por resorte. Normalmente suele estar cerrada (NC), ya que el orificio 1 de entrada del aire comprimido está cerrado en posición inicial o de reposo. El aire puede circular alternativamente desde 1 hasta 2 ó 4 y sale al exterior cuando se comunican 2 con 3 y 4 con 5. La válvula 2/2 Válvula distribuidora más elemental. Según su denominación, dispone de dos orificios o vías para el aire y de dos posiciones de control o de trabajo. Su funcionamiento en NC es el siguiente: En la posición de reposo o inicial, la entrada del aire por el orificio 1 está bloqueada, La válvula impide el paso del aire. En la posición de reposo o inicial, la entrada del aire por el orificio 1 está bloqueada, La válvula impide el paso del aire. Al cesar la presión sobre el vástago, el aire que penetra por el mando de retorno obliga a ascender al vástago y la válvula queda cerrada. Válvula 3/2 NC Dispone de tres orificios o vías para el aire y dos posiciones de control o de trabajo. Su funcionamiento con mando manual y retorno por resorte, es la siguiente: En la posición de reposo o inicial, la entrada del aire por el orificio 1 está bloqueada mientras quedan comunicados los orificios 2 y 3 para el escape o la descarga del aire. Al presionar el vástago de forma manual, el orificio de entrada 1 queda comunicado con el 2 y el aire a presión pasa a través de la válvula. El orificio de salida 3 queda bloqueado. Al cesar la presión sobre el vástago, el muelle lo obliga a ascender hasta su posición inicial. De nuevo, se bloquea la entrada de aire a presión y se permite la salida por el orificio 3. Válvula 5/2 Posee cinco orificios o vías para el aire y dos posiciones de control o trabajo. El orificio 1 corresponde a la entrada del aire a presión, los señala dos con los números 2 y 4 son los de utilización del aire y los que se indican con los números 3 y 5 muestran las salidas de escape. Funcionamiento de una válvula 5/2 En la posición inicial, los orificios 1 y 2 quedan comunicados, y el aire comprimido pasa a través de ellos hasta un actuador. A la vez, los orificios 4 y 5, también comunicados, permiten que el aire procedente del cilindro actuador se escape al exterior. EI orificio 3 permanece bloqueado. Al presionar el vástago por medio de la palanca, se comunican los orificios 1 y 4, con lo que el aire a presión pasa hasta el segundo actuador. La comunicación entre los orificios 2 y 3 permite el escape del aire que había penetrado antes hasta el primer actuador. El orificio 5 queda ahora bloqueado. Una vez se deja de presionar la palanca, el resorte obliga al vástago a volver hasta la posición inicial, con lo que se reproduce la situación del principio. De este modo, la válvula distribuye alternativamente el aire hasta uno u otro actuador y permite el escape del aire en el orden contrario. Elementos auxiliares Desempeñan funciones de regulación y control. También se les denomina genéricamente válvulas. Entre las más habituales en un circuito neumático destacan:

las válvulas antiretorno, las de doble efecto o selectoras de circuito, y las reguladoras de caudal. Válvulas antiretorno Permiten la circulación del aire por las tuberías en un determinado sentido y la impiden en sentido contrario. Para ello, disponen de un resorte unido a una pieza de cierre. En posición de reposo, el paso del aire a través de la conducción está bloqueado. Cuando el aire pretende circular en el sentido permitido, la presión vence la resistencia del resorte y se abre la conducción. Se clasifican según su diámetro y el caudal máximo que permiten. Válvulas de doble efecto o selectoras de circuito Disponen de tres orificios de entrada de aire y de un pequeño pistón que puede desplazarse por el interior para bloquear alternativa mente una u otra entrada. Si el aire entra por el orificio 1, la presión obliga al pistón a desplazarse de tal modo que bloquea el orificio 3. El aire sale entonces por el orificio 2. Por el contrario, si el aire penetra por el orificio 3, el desplazamiento del pistón se produce en sentido contrario y el agujero bloqueado es el 1. La salida del aire tendrá lugar también por el orificio 2. Tienen forma de T y suelen instalarse en las ramificaciones del circuito para seleccionar la fuente de alimentación. Válvulas reguladoras de caudal Dispone n de un tornillo mediante el cual se aumenta o disminuye la sección del conducto, lo que permite la regulación del caudal de aire que circula. Suelen instalarse a la salida de las cámaras de los cilindros. De este modo, puede regularse la velocidad de desplazamiento del émbolo en su movimiento de avance. Las características técnicas de estas válvulas vienen indicadas por el número de vueltas del tornillo y por el caudal máximo de admisión.

Aire comprimido

El aire comprimido, por el hecho de comprimirse, comprime también todas las impurezas, como polvo, hollín, suciedad, hidrocarburos, gérmenes y vapor de agua. A estas impurezas se le suman las partículas que provienen del compresor, como polvo de abrasión por desgaste, aceites, aerosoles y residuos y depósitos de la red de tuberías como óxido, cascarilla, residuos de soldadura, y substancias hermetizantes que puedes producirse durante el montaje de las tuberías y accesorios. Estas impurezas pueden crear partículas más grandes que originan averías y pueden conducir a la destrucción de elementos neumáticos. Por lo que es importante

eliminarlas en los procesos de producción de aire comprimido, en los compresores y en el de preparación para la alimentación directa de los dispositivos neumáticos. El proceso de preparación del aire puede clasificarse en tres etapas: 1) Eliminación de partículas gruesas. 2) Secado 3) Preparación final del aire. En el compresor, el aire se calienta, por lo que es necesario montar un equipo de refrigeración del aire comprimido detrás del compresor. El aumento de temperatura en el calentamiento viene dado por la siguiente fórmula:

Donde: T1 = Temperatura del aire de entrada al compresor en grados Kelvin T2 = Temperatura del aire de salida al compresor en grados Kelvin P1 = Presión del aire a la entrada del compresor en bar P2 = Presión del aire a la salida del compresor en bar K = 1.38 a 1.4

La refrigeración se consigue en compresores pequeños, con aletas de refrigeración montadas en los cilindros que se encargan de irradiar el calor y en los compresores mayores con un ventilador adicional, que evacua el calor con un sistema de refrigeración por circulación de agua en circuito cerrado o abierto. Si no se utiliza un compresor exento de aceite el aire contendrá una mezcla comprimida de aire y aceite y partículas gruesas que deben extraerse mediante un separador (Depósito acumulador situado a la salida del compresor). El aire debe secarse para conseguir que su punto de rocío (temperatura a la cual el exceso de agua se condensa) sea bastante inferior a la temperatura mínima que se va a tener a lo largo del año en el ambiente de trabajo donde están los equipos neumáticos. El secado tiene lugar en el filtro secador, siendo los procedimientos usuales el secado por frío, el de absorción, el de membrana y el de adsorción.

Algunos tipos de compresores:

El aire es acelerado a partir del centro de rotación, en dirección a la periferia, o sea, es admitido axialmente por la primera hélice (rotor dotado de láminas dispuestas radialmente), para ser acelerado y expulsado radialmente. Cuando varias etapas están reunidas en una carcasa única, el aire es obligado a pasar por un difusor antes de ser conducido al centro de rotación de la etapa siguiente, produciendo la conversión de energía cinética en energía de presión. Una relación de compresión entre las etapas es determinada por el diseño de la hélice, su velocidad tangencial y la densidad del gas. El enfriamiento entre dos etapas, al principio, era realizado a través de camisas de agua en las paredes internas del compresor. Actualmente, existen enfriadores intermedios separados, de gran tamaño, por donde el aire es dirigido después de dos o tres etapas, antes de ser inyectado al grupo siguiente. En compresores de baja presión no existe enfriamiento intermedio. Los compresores de flujo radial requieren altas velocidades de trabajo, como por ejemplo 334, 550, 834 hasta 1667 r.p.s.. Esto implica también un desplazamiento mínimo de aire (0,1667 m3/s). Las presiones influyen en su eficiencia, razón por la cual generalmente son solo generadores de aire comprimido. Así, comparándose su eficiencia con la de un compresor de desplazamiento positivo, esta sería menor. Por eso, estos compresores son empleados cuando se exigen grandes volúmenes de aire comprimido. Compresor de Tornillo Está dotado de una carcasa donde giran dos rotores helicoidales en sentidos opuestos. Uno de los dos rotores posee lóbulos convexos y el otro una depresión cóncava, y son denominados respectivamente, rotor macho y rotor hembra. Los rotores son sincronizados por medio de engranajes; sin embargo existen fabricantes que hacen que un rotor accione a otro por contacto directo. El proceso más común es accionar el rotor macho, obteniéndose una velocidad menor del rotor hembra. Estos rotores giran en una carcasa cuya superficie interna consiste de dos cilindros ligados como un "ocho". Compresor de Simple Efecto o Compresor Tipo entroncado Este tipo de compresor lleva este nombre por tener solamente una cámara de compresión, es decir, apenas el lado superior del pistón aspira y el aire se comprime; la cámara formada por el lado inferior está en conexión con el carter. El pistón está ligado directamente al cigüeñal por una biela (este sistema de enlace es denominado tronco), que proporciona un movimiento alternativo de arriba hacia abajo del pistón, y el empuje es totalmente transmitido al cilindro de compresión. Iniciado el movimiento ascendente, el aire es aspirado por medio de válvulas de admisión, llenando la cámara de compresión. La compresión del aire tiene inicio con el movimiento de subida. Después de obtenerse una presión suficiente para abrir la válvula de descarga, el aire es expulsado hacia el sistema. El aire en la presión atmosférica ocupa espacio entre los rotores y, conforme giran, el volumen comprendido entre los mismos es aislado de la admisión. En seguida, comienza a disminuir, dando inicio a la compresión. Esta prosigue hasta una posición tal, que la descarga es descubierta y el aire es descargado continuamente, libre de pulsaciones. En el tubo de descarga existe una válvula de

retención, para evitar que la presión haga al compresor trabajar como motor durante los períodos en que esté parado. Alimentación directa de los dispositivos neumáticos

Una vez generado el aire comprimido en el compresor y secadores, debe ser preparado para que alimente en óptimas condiciones a los dispositivos neumáticos. La unidad de alimentación está compuesta por un filtro, un regulador de presión y un lubricador de aire. El aire debe ser filtrado par que las partículas remanentes que no han sido eliminadas o generadas en el depósito acumulador, el filtro secador y el separador de agua no ejerzan una acción de abrasión sobre los elementos neumáticos. Además los positivos neumáticos deben alimentarse con el aire comprimido a una presión determinada independientemente de los consumos variables de la instalación, misión que realiza el regulador de presión. Por otro lado, las partes móviles de los sistemas neumáticos necesitan lubricación, función realizada por el lubricador. El filtro libera impurezas y la humedad contenida en las tuberías de aire comprimido impartiendo un movimiento en ciclón al aire con lo que las impurezas se separan por la fuerza centrífuga. Dispone de cartuchos filtrantes porosos de 5 a100 micras que deben limpiarse y cambiarse periódicamente. El condensado de los contaminantes se purga de forma manual o automática por medio de un tornillo de purga situado en la parte inferior del filtro. El regulador de presión mantiene constante el consumo de aire y la presión de trabajo con independencia de la presión variable de la red. La presión de salida viene indicada por un manómetro. Existen dos tipos de reguladores de presión, con orificio de escape y sin orificio de escape. El primero tiene la misión de mantener la presión de trabajo lo más constante posible, independientemente de las variaciones que sufra la presión de red y del consumo de aire. La presión de salida se regula por la membrana que está equilibrada por un lado por la fuerza ejercida por la presión de trabajo y por el otro por la fuerza de resorte ajustable por medio de un tornillo (tornillo de ajuste). A medida que la presión de trabajo aumenta, la membrana actúa contra la fuerza del muelle y el vástago cierra la entrada del aire de alimentación y abre el orificio de escape de la membrana, con lo que el aire se escapa y baja la presión de trabajo hasta alcanzar la membrana un nuevo equilibrio. Si la presión de trabajo disminuye, el resorte hace bajar la membrana con lo que el obturador abre el paso de aire de alimentación lo que aumenta la presión de trabajo y el sistema vuelve a equilibrarse. La válvula de regulación de presión sin orificio de escape no permite vaciar las tuberías de aire comprimido. El lubricador aporta a los dispositivos neumáticos el lubricante necesario para su funcionamiento correcto. Funciona de acuerdo con el principio de Venturi, aspirando una fina cantidad de aceite contenido en el depósito de alimentación, que va a la cámara de goteo, mediante la caída de presión que se produce al pasar el aire

comprimido de alimentación por una tobera Venturi y pulverizándolo en forma de aerosol al entrar en contacto con la corriente de aire a presión. La cantidad de aire nebulizado es proporcional al caudal de aire a presión. El consumo de aceite depende de las exigencias que plantea cada aplicación concreta, por lo que no es posible indicar una cantidad que tenga validez general. Una unidad de mantenimiento es la combinación filtro-regulador-lubricador con o sin manómetro y dotado o no de drenaje automático. El conjunto no debe estar a más de 5m del dispositivo neumático de utilización para evitar la precipitación de las partículas de aceite en la tubería. Para dimensionarse correctamente una red neumática debe considerarse que le compresor debe proporcionar tanto aire como el que las unidades consumen de forma intermitente. El tiempo en que la máquina está consumiendo aire, es decir la duración de la conexión, se denomina factor de uso, que es propio de cada tipo de máquina y que está determinado por la forma en que ésta trabaja. Otro factor a considerar para calcular el consumo es el factor simultaneidad, el cual depende del número de unidades que en cada momento consumen aire. Conociendo el número de dispositivos neumáticos a alimentar y los factores de uso y de simultaneidad es posible dimensionar la red de aire comprimido con todos sus componentes (compresor, depósito, filtro, red de tuberías y dispositivos neumáticos). Es posible calcular el caudal de consumo de la instalación mediante la fórmula:

Considerando posibles ampliaciones de la instalación y posibles fugas, se tiene:

El factor 2 tiene la finalidad de compensar los picos de consumo ya que por experiencia se sabe que el consumo medio de aire es entre 20% y 60% del consumo máximo del aire.

Según la norma UNE 1063 las tuberías que conducen aire comprimido deben ser pintadas de azul moderado UNE 48 103. La inclinación de las tuberías puede ser del 2% y al final debe instalarse una válvula de purga. El siguiente paso es la determinación de los tamaños del compresor, del secador de membrana y del depósito acumulador. Se debe considerar en las redes de air comprimido las fugas de aire que puedan producirse. Con un buen mantenimiento, el porcentaje de fugas en menor de un 10%, de lo contrario puede llegar al 20-30% de pérdidas en la capacidad del compresor. Para determinar las fugas de aire en la instalación, con la ayuda del compresor, se desconectan todas las unidades de consumo de aire y se miden los periodos de tiempo de conexión del compresor, los que se suman, aplicándose la fórmula:

Otro método para calcular las fugas en los aparatos de consumo, e conectar todas las herramientas, máquinas y aparatos neumáticos y se mide la suma de todas las fugas. Después se cierran las válvulas de cierre de las conexiones a los dispositivos neumáticos y se miden las fugas de la red de tuberías. Las fugas pueden localizarse con un detector acústico ultrasónico que capta la alta frecuencia de los sonidos caudados por las fugas.

Proyecto neumático Mando directo de un cilindro de simple efecto con retorno por muelle mediante una válvula 3/2, 1, de accionamiento por palanca y con enclavamiento. Regulación de la velocidad de entrada y salida del vástago. Al accionar la válvula 1.1, el vástago de 1.0 sale lentamente, y al soltarla entra lentamente. Lista de partes: 0.1: válvula 3/2 accionamiento manual, 0.2: unidad de mantenimiento, 1.0: cilindro de simple efecto con retorno por muelle, 1.01 y 1.02: regulador unidireccional, 1.1: válvula 3/2, NC, de accionamiento por pulsador.

Entonces se tiene Paire = 3 bar D = 50mm l = 100 mm n = 20

Volumen de aire requerido: =

3

= 0.1963 dm

Consumo de aire

=

3

= 15.86313 dm /min

Construcción del cilindro

Cilindro completo

Unidad de mantenimiento

3/2 accionamiento manual con enclavamiento

válvula 3/2, NC, de accionamiento por pulsador

cilindro de simple efecto con retorno por muelle

Cilindro completo vista superior

Vista superior de válvulas de accionamiento manual y de enclavamiento

Conectando a la línea de aire se acciona manualmente y no funciona debido a que la válvula de enclavamiento está cerrada.

Conectando a la línea de aire se acciona manualmente, ya con la válvula de enclavamiento abierta, deja pasar el aire comprimido y expulsa el vástago fuera del cilindro

La válvula de accionamiento manual se suelta y el vástago vuelve a su posición original